送電に関する質問です。

質問

送電に関する質問です。
普段、身近にある電柱の線に流れているのは交流ですが、最近、長距離の送電となると直流の方が有利になる（？）と聞きました。
参考書をあさったところ、以下のような回路が出てきました。
　　　　　　 ＿＿＿
〇ーーー｜　ｊX　|ーーー〇
↑　　　　　￣￣￣　　　　↑
Vs　　　　　　　　　 　　　Vr
↓　　　　　　　　　　 　　　↓
〇ーーーーーーーーーー〇
図の後には、送電線が長くなるとVsとVrの位相差が90度を上回り、電力が不安定になるという文章がありました。

負荷はインダクタンスだけなのに、なぜ90度を上回るのでしょうか？
それとも、単にVrの先に位相差のある負荷があるだけで、それが足されているだけなのでしょうか？

お分かりになる方、教えてください m(_ _)m

回答No.3

foobar · ベストアンサー

＃１です。
受電端に進相コンデンサを多くつないだりして、受電端で進み力率にすると、電流IはVrより位相が進みます。
このときｊXによる電圧降下分jXIは線電流に対して90度進みになるので、Vrに対しては90度以上の進みになります。
この状態で、電流を増やし、ｊXでの電圧降下が大きくなっていくと、Vs=Vr+jXIは90度を超えることが可能になります。
（ただし、ここは不安定な領域なので、超えた状態を定常的に維持することはできないかと思います。）

お礼

なるほど。そのようにして90度を超えるんですね。
再回答ありがとうございました。m(_ _)m

回答No.2

KEN_2

昔の古～い送電・配電技術者の知識で申し訳ないのですが・・・・
>普段、身近にある電柱の線に流れているのは交流ですが、最近、長距離の送電となると直流の方が有利になる（？）と聞きました。
　確かに直流送電の電力ロスは少なくなるのですが、1次・2次変電所での電圧変換や設備コストの関係で交流送電が主流です。
100万Vの超高圧送電は3相交流送電だから実現できている技術で、直流送電では10KV程度が限度で変電設備と受電側設備のコストはバカになりません。
一部の鉄道や九州新幹線では直流送電で、関門トンネル内で交流から直流送電に切り替えて運用していますが、受電側の車両設備コストは交流受電の比ではありません。

>図の後には、送電線が長くなるとVsとVrの位相差が90度を上回り、電力が不安定になるという文章がありました。
>負荷はインダクタンスだけなのに、なぜ90度を上回るのでしょうか？
ソースの説明書の真意が不明ですが、・・・・
jXの値については発電所と1次変電所の送電距離で決定され、送電線かケーブルの線種で決定されますので、送電線の場合は途中で捻かで送電線を拠り合せることで相間のアンバランスを打ち消し、ケーブルの場合相間の結合容量と対地容量で分布容量が形成され多少なりの進相コンデンサの働きをします。
いずれにしても位相差90度遅れはなく、1次変電所での位相遅れの補正範囲内に送電線距離と送電線が決定されています。
2次変電所と需要家の負荷電力変動に対しても位相差90度を上回るのは説明がつきません。

発電所・変電所では、VsとVrでの位相差はほぼ100％で位相差調整して送り出しています。
Vr側の変電所では進相用コンデンサで送電線の遅相分を補正して送り出しており、発電所側で故意に位相差90度を超えて送電する技術・理論は小生には持ち合わせはありません。

>それとも、単にVrの先に位相差のある負荷があるだけで、それが足されているだけなのでしょうか？
大口需要家に対して力率90％以上の受電設備に対して電力料金の割引があるように、遅相負荷（モーターなど動力機器）が力率60%から80%の場合送電線の電力ロスが増大し発電所と変電所の無駄な発電量が発生する理論は成り立ちますが・・・・。

お礼

回答していただきありがとうございます。

回答No.1

foobar

この話の前提として、「VsとVrはほぼ等しい」というのがあるかと思います。
Vsをいくらでも上げることができるなら、Xの増加に合わせてVsの大きさを（位相差とともに）増やすことで送電電力を確保できますので。

このような送電線では、送電可能な有効電力は（電流と電圧のベクトル図を描くとわかりやすいのですが）Vs*Vr*sinθ/X（ただし、θはVsとVrの位相差）になり、送電電力に対応した位相差が必要と同時に送電電力には上限ができます。（θ=90度で最大電力となり、その先はθを増やすと電力が下がる不安定領域になる。）
Xの増加に伴って、この上限電力が下がります。

ちなみに、Vs=Vrを維持しようとすると、負荷には並列に進相コンデンサなどを入れて位相が進んだ電流を流す必要があります。そのため、VsとVrの位相差は90度を超えることも可能になります

お礼

回答していただきありがとうございます。

もう少し詳しくお聞きしたいのですが、並列に進相コンデンサを入れると、どうしてVsとVrの位相差が90度を超えられるのですか？